超重力分离技术.
超重力技术的研究及应用
超重力技术的研究及应用
郭浩;牛杰
【摘 要】超重力技术是一种过程强化技术,通过离心力实现传质过程的强化.超重力技术广泛应用于吸收、蒸馏、汽提、萃取等分离过程,在化工、环保等领域也有广阔的应用前景.论述了超重力技术的基本原理及特点,重点介绍了超重力技术在化工尾气处理、精馏、纳米材料、催化剂制备及消除粉尘等方面的应用,并对超重力技术的研究方向和应用前景做了展望.
【期刊名称】《化工装备技术》
【年(卷),期】2016(037)005
【总页数】4页(P61-64)
【关键词】超重力;过程强化;吸收;蒸馏;传质过程
【作 者】郭浩;牛杰
【作者单位】中国石化长城能源化工(宁夏)有限公司;中国石化长城能源化工(宁夏)有限公司
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ051.8
超重力HIGEE（high gravity）技术是一种过程强化的新技术，主要是通过强大的离心力——超重力，使气-液流速及填料的比表面积大大提高，液体在高湍动、高分散、强混合及界面更新急速的条件下与气体以极大的相对速度在弯曲流道中逆向接触，从而强化传质过程。超重力技术广泛应用于吸收、蒸馏、汽提、萃取等分离过程［1］。
与传统技术相比，超重力技术在实际应用中主要有以下特点［1-5］：
（1）传递效率显著提高，传递系数可提高1～3个数量级，极大地减小了设备的体积，降低了设备投资。
（2）物料在设备内的停留时间极短（0.1～1.0 s），适用于某些特殊的反应及处理过程。
（3）易于操作及开停车，维护检修方便。
（4）填料不易堵塞。
（5）气相压降小，动力能耗小，适用于大气量、高气速的场合。
超重力设备结构如图1所示，主要由外壳、转轴、转子、填料及液体分布器等组成。
该设备核心部分是转子，其主要作用是装载和固定填料，在动力驱动下带动填料旋转，以实现良好的气液接触。在压力作用下，气相由进气口进入外腔，在转轴外缘处进入填料，最后从排气口排出；液体由喷水管进入，经喷头洒在转轴内缘，在离心力的作用下进入转轴外缘。在此过程中，液体被填料分散、破碎，使得液体界面急速更新，与气体以极大的相对速度逆向接触，从而完成传质及反应。液体被甩至外壳，收集后由下部排液口排出［6］。
超重力技术进展——从实验室到工业化
第57卷第8期化工学报VOl.57NO.82006年8月JOurnalOfChemicalIndustryandEngineering China August2006
综述与专论超重力技术进展!!!从实验室到工业化
邹海魁!邵磊!陈建峰
北京化工大学教育部超重力工程研究中心 北京100029
摘要 超重力 旋转床 技术是一种能够极大强化传递和分子混合过程的突破性过程强化新技术 本文对超重
力技术的基础研究 在反应与分离过程强化 纳米材料制备方面的应用研究以及工业化应用的最新进展情况进
行了综述 重点介绍了本中心的研究成果.关键词"超重力旋转床技术 过程强化 反应 分离
中图分类号"TK124文献标识码"A文章编号"0438-1157 2006 08-1810-07
Pro9ressofhi9eetechnoIo9y!fromIaboratory
tocommerciaIization
ZOUHaikui#SHAOLei#CHENJianfen9
ResearchCenterfor~ighGraUit$EngineeringandTechnolog$ Ministr$ofEducation Beijing
UniUersit$ofChemicalTechnolog$ Beijing100029 China
Abstract ~igeetechnOlOgy carriedOutinarOtatingpackedbed isanOveltechnOlOgyfOrprOcess
intensificatiOn WhichcantremendOuslyintensifymassandheattransferandmicrOmixingprOcesses.This
paperrevieWsthestate-Of-the-arthigeetechnOlOgyinfundamentalresearch applicatiOnsinreactiOnand
超重力反应器的专利分析
TECHNOLOGY AND INFORMATION科技论坛
184 科学与信息化2020年7月下超重力反应器的专利分析
杨平1 何方2 朱晨1
1. 国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心 广东 广州 510000；
2. 东莞市东阳光仿制药研发有限公司 广东 东莞 523000
摘 要 超重力反应器利用旋转产生的离心力来加快反应/分离效果，采用高速旋转的超重力反应器可极大强化传
质过程，由于微型化、高效节能、产品高质量和易于放大等显著特征，超重力技术已成为最受关注的化工过程强化
技术之一。本文从专利的角度分析目前超重力反应器的研究概况。
关键词 超重力；旋转床；专利分析
在超重力环境下，强大的剪切力将液相物料撕裂成微小
的膜、丝和滴，相间传质速率比传统的塔器中提高1-3个数量
级，分子混合和传质过程得到高度强化。因此，超重力技术被
认为是强化传递和多相反应过程的一项突破性技术。超重力反
应器的核心部件为一个高速旋转的环状转子，转子内由塔板或
填料组成，形成气液相接触的表面通道。液体从伸入转子中心
的液体分布器引入，经分布后喷向转子内缘，在离心力作用下
向外甩出。气体由转子的外缘进入转子，依靠气体气压，由外
向内与液体接触[1]。目前，超重力技术已经广泛应用于化工、
材料、环境、能源等领域，并在高端化学品生产、纳米材料制
备、硫酸工业尾气脱硫、油田注水脱氧等方面实现了工业应
用，体现了广阔的应用前景[2]。本文通过采用incopat专利数据
库对关键词进行了检索，从专利角度分析目前关于超重力反应
器的研究现状。
1 趋势分析
图1 申请趋势
经过检索，相关领域专利共4331篇，从图1可以看出，在
2007年之前，相关领域的专利申请量较少，2007-2016年之间，
每年的专利申请量整体呈平稳上升趋势，2017年开始到现在，
申请量有所下降，这也反映出该领域的研究已日趋成熟。
2 技术分析
图2 技术构成
如图2所示，根据对IPC分类号的统计可知，超重力反应器
基于超重力技术的液压油在线净化技术研究
２０１１年第１１期 液压与气动 １
基于超重力技术的液压油在线净化技术研究
纪辉 ，聂松林 ，孙红梅 ，唐熊辉
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｏｎ．１ｉｎｅ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｏｉｌ ｂａｓｅｄ
ｏｎ ｈｉｇｈ ｇｒａｙ１ｔｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ‘ 一 ● ‘ 一
ＪＩ Ｈｕｉ ，ＮＩＥ Ｓｏｎｇ－ｌｉｎ ，ＳＵＮ Ｈｏｎｇ—ｍｅｉ ，ＴＡＮＧ Ｘｉｏｎｇ－ｈｕｉ
（１．北京工业大学机电学院，北京１００１２４；２．海军驻４３１厂军代表室，辽宁葫芦岛１２５００４）
摘要：通过分析目前液压系统油液过滤技术的发展现状，指出了各种净油方法存在的缺点与不足之
处，进而提出一种综合应用超重力技术与旋流分离技术净化油液的新型净化技术，以达到对液压油液进行高 效高精度净化的目的，从而为国民经济各行各业液压系统的安全可靠运行保驾护航。
关键词：液压系统；过滤；超重力技术；旋流分离
中图分类号：ＴＨ１３７文献标识码：Ｂ文章编号：１０００－４８５８（２０１１）ｌ１４３００１－０６
１ 引言 液压传动技术由于具有输出功率大、体积小、重量
轻、结构紧凑、响应速度快、能无级调速、易于实现自动
化等独特技术优势而得到广泛应用。液压油作为液压
系统的重要组成部分，在工业上被比喻为液压系统的
“血液”。大量的事实表明，液压系统的工作可靠性与
油液的清洁度有密切的关系。国内外统计资料表明，
液压油液中的污染物是导致系统发生故障的主要原 因，这些污染物严重影响着液压系统的工作可靠性及
元件的寿命。随着液压设备向高速、高压和高精度方
向发展，污染造成的危害更加突出。日本对液压设备
的故障调查研究表明ｌｌ Ｊ，因工作介质污染而造成的故
障达８０％，机械故障与电气故障只占２０％。美国流体 协会的调查结果也进一步证实 Ｊ，液压系统的故障至
少有７５％是由于工作介质的污染而造成的。
由此可见，液压系统的污染状况对于维持系统的
超重力精馏技术开发现状及其应用展望
----中北大学副校长、山西省超重力化工工程技术中心主任刘有智教授
1超重力技术简介
所谓超重力场是指远大于地球重力加速度g的环境。物质在超重力场下
所受的力称为超重力。利用超重力科学原理而产生的应用技术称为超重力技
术。在超重力环境下，不同大小分子间的分子扩散和相间传质过程均比常规
重力场下的要快得多，气-液、液-液、气-液-固体系在比地球重力场大数百
至千倍的超重力环境下的多孔介质或孔道中产生流动接触，巨大的剪切力将
液体撕裂成微米至纳米级的液膜、液丝和液滴，产生巨大的和快速更新的相
界面，使相间传质速率比传统的传质设备提高1〜3个数量级，微观混合和
传质过程得到极大强化。同时，在超重力场下，不仅是整个反应过程的加快，
而且气体的线速度也得到大幅度提高，这使设备单位体积生产效率得到1〜 2个数量级的提高。因此，超重力技术被认为是强化传递和多相反应过程的
一项突破性技术，被誉为跨世纪的技术，超重力机也被誉为“化学工业的晶
体管”。
2超重力技术基础研究
为了拓展超重力过程强化应用领域，将超重力强化气-液传质过程拓展
至强化液-液过程，和解决超重力工程放大共性关键问题，消除超重力场下
化工单元操作（吸收、解吸、反应、萃取、精馏及非均相分离）工程化进程中 的“瓶颈”，推进超重力过程强化技术在化工、环保、能源、军工等多个行业 中的广泛应用，达到过程装备集约化、生产高效率、资源化、环保节能目的。 项目组对超重力装置结构及工作原理进行了创新，具体体现在：超重力装置 结构优化设计、新型超重力场专用填料的开发、超重力装置流体力学性能研 究和微观混合性能研究等。 超重力精馏技术开发现状及其应用展望 L
J=
=1 2.1超重力精馏装置结构优化
超重力精馏装置与流程可以依据气液流动形式、装置结构、填料设置情
况、操作条件、流程结构等进行分类。依据气液流动方式，可以分为并流、
错流和逆流3种；依据装置的结构可以分为立式和卧式2种；依据填料的设
超重力床
一种高效精馏设备——折流式超重力床
引言
在中小型农药、医药、精细化工等工业生产中，有机物的分离操作（如精馏、气提或吸收等）大量使用填料塔和板式塔等塔设备，液相在重力场的作用下与逆流的气相进行接触传质，达到分离提纯的目的。在地球的重力场下，塔设备中的液膜流动较慢，汽液接触比表面积较小，传质效率相对较低，所以设备体积庞大、空间利用率低、占地面积较大。超重力技术是上世纪80年代发展起来的强化气液传质的新型技术，其工作原理是利用高速旋转产生的数百至千倍重力的离心力场（简称超重力场）来代替常规的重力场，在超重力场下，液体分散飞行时所呈现的是非常细小的液滴、液丝状态，因此汽液接触的比表面积非常大，其极佳的微观混合以及极快的相界面更新特征，使其可以极大地强化气液传质过程，将传质单元高度降低1个数量级。从而使巨大的塔设备变为高度不到2米的超重机，达到增加效率、缩小体积以及在有些场合可大幅降低能耗的目的。目前国内外已将此类技术成功地应用到化工过程的吸收、解吸和反应操作过程，已报道的填充式或碟片式等几种类型的超重力床至今都未能在单台设备中实现工业生产中的连续精馏过程。浙江工业大学发明、与杭州科力化工设备有限公司联合开发的折流式超重力床，已成功地应用于工业生产中的连续精馏过程，展示了很好的应用前景。
1 折流式超重力床的基本结构、工作原理和特点
折流式超重力床是一种新型的超重力床，其结构主要由圆形外壳和折流式转子组成。折流式转子是旋转床的核心部件，见图1。
其工作原理是：具有特定结构的转子在壳体内高速旋转，气相由进气口进入壳体，从转子外缘进入转子内，液相由进液口进入转子中心，气液两相在转子内形成比表面积极大而又不断更新的气液界面，具有极高的传质速率。最后气相经出气口离开床体；液相在壳体内收集后由出液口引出。
折流式超重力床的特点：传质效率高，设备体积小，停留时间短，持液量小，抗堵能力强，操作维护方便，安全可靠，适用于贵重物料、热敏物料、高粘度物料或者有毒物料的处理，可以在高度、大小受限制的场合使用。
超重力精馏技术
化工中间体
ChenmicalIntermediate242013年第04期
陈阳隋志军
（华东理工大学化工学院上海200237）
摘要：超重力精馏技术作为一种新兴的相对传统精馏技术有巨大优势的新技术,越来越多地收到科研工作者的关注。本文从宏观介绍了超重力精馏
技术的发展历程、研究现状、工业化的应用实例，以及其发展前景的展望。又从微观描述了超重力精馏设备的原理，内部传质传热的数学模型的经验
表达。从填料式的超重力精馏床到折流式超重力床,其中克服了很多超重力精馏工业化的困难，使其工业化的生产成为现实。此外还介绍了超重力精馏
的工艺流程以及在现实中的应用方向。超重力精馏的实现使得现代化学工业微型化，大量节约资源，减少能源的消耗.这也是现代工业发展，建立资源
节约型、环境友好型社会的需要。
关键词：超重力精馏工业化节能
中图分类号：TQ323.5文献标识码：A文章编号：T1672-8114(2013)04-019-04超重力精馏技术科研开发
前言
精馏技术不断发展的今天，各种耦合精馏技术应
运而生，对这个有着悠久历史的分离技术不断更新和
强化。超重力技术的出现在化工中也被广泛的应用，
如超细粉体制备、油田注水脱氧、脱硫、除尘、精馏
以及吸收等。超重力技术也运用到了精馏上，将会引
起精馏工业的巨大变革，但工业化的过程仍然面临着
诸多困难。但随着人类技术的发展，超重力技术必然
会成为化学工业的“晶体管”，就像晶体管的发明引
起电子科技革命一样，巨大的分离设备将会成数量级
式地缩小，为人类节约数以万计的资源。所谓超重力
场是指物体所受的力远大于地球重力的环境，物质在
超重力场下所受的力称为超重力。利用超重力科学原
理而产生的应用技术称为超重力技术[1-6]。
1超重力精馏基本原理
在超重力环境下，分子扩散与相间传递过程均比
常规重力场下的要快得多，气-液、液-液两相在比地
球重力场大数百倍至数千倍，产生巨大的和快速更新
的相界面，使得相间传质速率比传统的塔器提高几个
超重力床专利技术说明书
四川省翰克环保设备有限公司超重力床专利技术说明书
四川省翰克环保设备有限公司四川省翰克环保设备有限公司
1、摘要
本实用新型公开了一种超重力床，包括主筒体、接管a、进风口
b、进料接管c、筒节、锥形顶盖、接管d、温度计接管、蒸汽接管e、
接管f、除沫器、转子部件、电动机、主动轮组件、10*60健、M16
×45螺栓、16弹性垫圈、Φ285×5.3O型密封圈、M16×50螺栓、
Φ18×100/δ6档圈、皮带轮、健、80×2调节圆螺母、80圆螺母止
动垫圈和基准宽度制窄V带。本实用新型可强化传递效果显著，传
递系数提高了1-3个数量级；体积小、重量轻、能耗低、易运转、
安全、可靠、灵活以及更能适应环境等优点。四川省翰克环保设备有限公司四川省翰克环保设备有限公司
2、专利要求书
1.一种超重力床，其特征在于：包括主筒体（6），与所述主筒体（6）的
下部连接并与所述主筒体（6）相连通的接管a（3），与所述主筒体（6）的中
部连接并与所述主筒体（6）相连通的进风口b（7），与所述主筒体（6）的上
部连接的进料接管c（11），设于所述主筒体（6）的顶端并与所述主筒体（6）
为一体式结构的筒节（17），密封盖接在所述筒节（17）的顶端的锥形顶盖（18），
设于所述锥形顶盖（18）的顶部并与所述主筒体（6）相连通的接管d（23），
设于所述主筒体（6）中部的温度计接管（51），与所述主筒体（6）的中部连
接并与所述主筒体（6）相连通的蒸汽接管e（31），与所述主筒体（6）的底
部连接并与所述主筒体（6）相连通的接管f（40），设于所述筒节（17）内的
若干个除沫器（16），以及设于所述主筒体（6）内的转子部件（10），所述进
料接管c（11）与所述转子部件（10）相连通，所述蒸汽接管e（31）在所述主
筒体（6）内的出蒸汽口位于所述进风口b（7）在所述主筒体（6）内的出风口
处；
所述主筒体（6）的下部安装有电动机（33），所述电动机（33）的驱动轴
上连接有主动轮组件（38），所述电动机（33）的驱动轴与所述主动轮组件（38）
超重力床精馏设备的工作原理
超重力床精馏设备的工作原理
超重力床精馏设备是一种新兴的分离技术，主要应用于大规模的化工生产和炼油行业。其工作原理是通过利用超重力场对混合物进行分离。超重力场是指超过地球重力场的作用力，一般在10-1000倍的范围之内，能够使混合物成分在分子水平上发生位移，从而实现分离。
超重力床精馏设备的组成通常包括床柱、进料分配装置、加热炉、冷凝器、产物收集装置等部分。其中床柱是实现分离的核心部件，由内外两层筛管组成，空气在内层筛管中流动，而粉状物质则在外层筛管中流动。通过对床柱内外流体压降的控制，可以实现不同混合物的分离。
超重力床精馏设备在工作时，将混合物从进料分配装置中输入到床柱中，经过加热后，混合物在床柱中流动，同时被超重力场所作用。不同成分的位移速度不同，因此会出现不同的浓缩层，由此将混合物分离成不同的组分。分离后产生的气体、液体分别被收集。
超重力床精馏设备是一种高效、节能的分离技术，相比传统精馏技术，可以降低能耗、提高分离效率。但是，由于其涉及到很高的工程技术难度，目前在工业生产中还不是很普及。随着科技的不断发展，相信超重力床精馏设备在未来会得到更广泛的应用。
超重力床精馏设备的工作原理 2
超重力床精馏设备的工作原理
什么是超重力床精馏设备
超重力床精馏设备是一种常用于化工过程中的分离技术设备。它利用重力加速度的变化，通过设备内部的离心力场，实现对混合物的分离和纯化。
工作原理
超重力床精馏设备的工作原理基于离心力的作用，离心力是物体在旋转运动中受到轴心力的作用产生的惯性力。设备内部通过高速旋转，使得固体颗粒和液体分子在离心力的影响下，产生不同的分离效应。
1. 设备结构
超重力床精馏设备通常由以下几个主要部分组成： - 主体结构：包括离心旋转导管、电机、床体等。 - 进料系统：用于将混合物引入设备内部。 - 出料系统：用于收集纯化后的物质。 - 控制系统：用于控制设备的运行参数，如转速、温度等。
2. 入料与分离
超重力床精馏设备的入料系统将混合物引入设备内部。混合物在离心旋转导管内受到离心力的作用，引起各组分的分离。
3. 纯化与收集
在超重力床精馏设备中，离心力使得不同组分的密度不同，从而在离心旋转导管内形成不同的分层。较重的成分会向离心旋转导管的外侧移动，而较轻的成分则靠近离心旋转导管的中心位置。
4. 重力场和离心力场
超重力床精馏设备通过调节离心旋转导管的高速旋转，实现重力加速度的变化。通常情况下，离心旋转导管的顶部接近真空，底部则是高压区域。由于离心力的作用，底部的沉降区域将产生较高的离心力场，而顶部的浮升区域则产生较低的离心力场。 应用与优势
超重力床精馏设备在化工领域具有广泛的应用和明显的优势： 1. 分离效率高：超重力床精馏设备利用离心力的作用，在相对较短的时间内实现高效的分离，提高工艺效率。 2. 适应性强：超重力床精馏设备适用于各种物质的分离，不受混合物性质的限制。 3. 无需添加化学物质：超重力床精馏设备在分离过程中无需添加其他化学物质，避免了对环境的污染。 4. 操作简便：超重力床精馏设备具有较简单的操作方式和维护流程，减少了人工成本。
发展趋势与前景